Mechanical Analysis of Soil

Transcript

1 Mechanical Analysis of Soil من المعروف ان حبيب ات الترب ة ع ادة م ا تتواج د ف ى ص ورة تجمع ات او حبيب ات مركب ة soil aggregates عديمة البناء. الرملية كم ا ف ى الت رب وق د توج د ف ى ص ورة حبيب ات فردي ة individual particles اشكالھا واحجامھا وكذلك تركيبھ ا الكيمي ائي ھذه الحبيبات عادة تختلف فى م م حص ي ويطلق على حبيبات التربة التى يزيد قطرھ ا ع ن ٢ اختالف ظروف التكوين. نتيجة وذل ك حس ب fine earth فيطل ق عليھ ا ن اعم الترب ة ٢ م م الحبيب ات الت ى يق ل قطرھ ا ع ن ام ا الذى وضع لألغراض الزراعية. التصنيف إل ىلى ثالثثةةال fine earth ناعم التربة يقسم مجموعات حجمية ھي::ي والس لت (االغ رين) الرمل sand clay والطين silt ما تسمي مج اميع حسب التقاسيم المختلفة لحبيبات التربة أوو أحجامھا تختلف األولية الحبيبات الجدول الت الى يوض ح اقس ام حبيب ات الترب ة تبع ا.primary soil particles والمجموع ة الحجمي ة تطل ق عل ى حبيب ات الترب ة ذات التقس يم المختلف ة. حس ب نظ م ألحجامھ ا المتقارب والذى يقع بين حد أدنى وحد أعلى. الحجم

2 مجاميع الحبيبات األولية الرمل السلت الطين جدول (١). التقاسيم الخاصة بمجاميع الحبيبات األولية التقسيم الدولي ) تقسيم الجمعية التقسيم األمريكي (تقسيم وزارة الدولية لعلوم التربة) الزراعة األمريكية) قطر الحبيبات القسم قطر الحبيبات القسم مم مم ٢ ٠ ٢ رمل خشن ٢ ١ رمل خشن جدا ١ ٠ ٥ رمل خشن ٠ ٢ ٠ ٠٢ رمل ناعم ٠ ٥ ٠ ٢٥ رمل متوسط ٠ ٢٥ ٠ ١ رمل ناعم ٠ ١ ٠ ٠٥ رمل ناعم جدا ٠ ٠٢ ٠ ٠٠٢ سلت ٠ ٠٥ ٠ ٠٢ سلت خشن ٠ ٠٢ ٠ ٠٠٢ سلت ناعم أقل من ٠ ٠٠٢ طين أقل من ٠ ٠٠٢ طين يطلق على عملية ايج اد النس بة المئوي ة لمج اميع الحبيب ات األولي ة ف ى التربة. عينة وھذا يعنى معرفة النسبة المئوية للرمل والسلت والطي نين. وھو ما يطل ق علي ه أيض ا و التوزي ع الحجم ي. particle-size distribution of soil الحجم ي لحبيب ات الترب ة التوزي ع التربة من الصفات الثابتة نسبيا فھو ال يتغير تحت تأثير عملي ات الخدم ة المختلف ة الت ى لحبيبات كثي رة م ن الع الم مث ل الوالي ات على التربة وقد اتخذ كأحد أس س تقس يم الترب ة ف ى بل دان تجرى األمريكية. المتحدة فھ و اص طالح يعب ر ع ن م دى نعوم ة او خش ونة حبيب ات الترب ة soil texture ق وام الترب ة أما وبمعن ى اخ ر ف ان ق وام الترب ة يعب ر ع ن النس ب المئوي ة تعتبر صفة طبيعية ھامة للتربة. والتى قوام التربة مھم من الناحية العملية حيث انه يعطى الحبيبات األولية فى التربة. وممعرفة لمجاميع سرعة فكرة عن بعض الصفات الفيزيائية األخرى للتربة مثل مدى قدرة التربة لألحتفاظ بالماء ق درة الترب ة عل ى األحتف اظ بالعناص ر الغذائي ة و الس عة تھوي ة الترب ة الم اء ف ى الترب ة مرور الكاتيونية للتربة. التبادلية

3 : تقدير لكى نتمكن من تقدير النس ب المئوي ة لمج اميع الحبيب ات األولي ة ف ى عين ة الترب ة الب د م ن اتب اع التالية: الخطوات -١-٢ بعد اخ ذ عين ة الترب ة م ن الحق ل واحض ارھا ال ى المعم ل ي تم تنفي ذ تجھيز عينة التربة: سحق العين ة لل تخلص م ن الكت ل الھوائي ٢) التجفيف التالية على العينة: ١ ) الخطوات م م للحص ول عل ى ن اعم نخل العينة خالل منخل قط ر ثقوب ه ٢ والشوائب و ٣) الكبيرة التربة فحبيبات التربة تتواجد فى صورة تجمع ات التخلص من المواد الالحمة لحبيبات التربة: الم ادة وھ ى cementing agents م ع بعض ھا ع ن طري ق الم واد الالحم ة مرتبط ة الحديد واأللومنيوم و األمالح الذائبة. كربونات الكالسيوم أكاسيد العضوية ونقوم بعملية التفري ق التم ام عملي ة فص ل الحبيب ات ع ن بعض ھا تفريق حبيبات التربة: الخط وة الس ابقة والمحافظ ة عل ى بقائھ ا ف ى ص ورة فردي ة باس تخدام اح د ام الح م ن مع اجراء عملية التفريق الميكانيكي محلول مفرق) كيميائي بااستخدام (تفريق الصوديوم نفس الوقت. فى وي تم فص ل ك ل مجموع ة حجمي ة م ن حبيب ات فص ل الحبيب ات األولي ة وقي اس نس بتھا: وھ ى تعتم د sedimentation method بطرق متع ددة اھمھ ا طريق ة الترس يب التربة -٣-٤ الحبيبات. سرعة سقوط الحبيبات فى المعلق وعالقتھا باحجام على النظرى لفصل الحبيبات: األساس كما سبق القول يتم فصل الحبيبات بطريقة الترسيب نتيجة اختالف احجامھا وعالقة ذلك بسرعة وال ذى ي نص ھذا األساس يعتمد على قانون ستوكس stock's law الحبيبات فى الوسط. رسوب طرديا مع حجم الحبيبة (نصف انه عند سقوط حبيبة فى سائل فان سرعة الرسوب تتناسب على كما يظھر ذلك من العالقة التالية: الحبيبة) قطر v = 2 9 g r 2 ( ρs ρl ) η

4 V حي ثيث : ثانية) (سم//م سقوط حبيبات التربة فى الوسط سرعة سم//م عجلة الجاذبية األرضية (٩٨٠ نصف قطر الحبيبات (سم))م ثانية ٢ ( g r الحبيبات الصلبة (جرام جرام/سم ٣٣ ))م ρ s كثافة ρ l /سم ٣٣ ))م الماء (جرام كثافة السائل أوو ثانية ( جرام جرام/سم//م أو لزوجة السائل (بواز η وبفرض معرفة الثوابت المختلفة فان المعادلة تصبح v = K r 2 ف ى الوس ط تتناس ب طردي ا م ع مرب ع نص ف قط ر الحبيب ات ان س رعة رس وب الحبيب ات أى ھذا القانون مبنى على أساس توازن القوى الم ؤثرة عل ى س قوط الحبيب ات ف ى س ائل ل ه الصلبة. واللزوجة). (الكثافة معينة مواصفات ولكي يتم تطبيق ھذا القانون بدقة البد من األتي: -١-٢ ال تك ون النت ائج معبل رة ع ن حبيب ات الترب ة يجب ان يك ون التفري ق تام ا وك امال حت ى وليست الفردية المركبة يفترض القانون ان الحبيبات كروية الشكل حيث يعب ر عنھ ا بنص ف القط ر ولم ا كان ت التربة غير كروي ة وذات اش كال مختلف ة فانن ا نس تخدم م ا يس مي نص ف القط ر حبيبات حبيبة كروية لھا نفس حجم وھو عبارة عن نصف قطر equivalent radius المكافيء -٣-٤ المذكورة الحبيبات البد ان يكون سطح الحبيبات املس حتى ال تؤثر لزوجة السائل على حركة الحبيبات مقارنة بقطر الحبيبات حتى ال يؤثر عل ى االناء ( البد ان يكون حجم االناء كبير (قطر الحبيبات اثناء سقوطھا. حركة بطريقتين ھما طريقة الھيدروميتر وطريق ة الماص ة وس وف المعلق فيي تركيز الحبيبات ويقاس طريق ة الھي دروميتر ف ى التق دير نظ را لس ھولتھا وتطبيقھ ا العمل ي ف ى معام ل ت دريب نس تخدم الطالب

5 النظري األساس تقدير التحليل الميكانيكي بطريقة الھيدروميتر الفص ل بالترس يب) الترب ة (طريق ة تعتبر طريقة الھيدروميتر لتقدير تركيز الحبيبات فى معلقات اكثر الطرق الروتيني ة ش يوعا ف ى معام ل الترب ة وذل ك لس ھولة اجراءھ ا وس رعة الحص ول من النتائج منھا. على وتعتمد ھذه الطريقة على قياس كثافة معلق التربة عند ازمنة مختلفة بواسطة الھي دروميتر حي ث ترسيب الحبيب ات الفردي ة بس رعة تتناس ب م ع كثافة المعلق المتجانس تتغير مع الزمن نتيجة ان وي تم ذل ك باخ ذ ق راءة الھي دروميتر لمعل ق الترب ة عن د ازمن ة حس ب ق انون س توكس. احجامھ ا مع اخذ القراءة فى نفس األزمنة فى محلول المادة تعتمد على حجم الحبيبات المراد قياسه مختلفة فى الماء. المفرقة شكل (١): ھيدروميتر التربة عند زمن معين حيث: على ذلك يمكن معرفة تركيز معلق التربة C حي ثيث C = R R ± R L T : R قراءة الھيدروميتر فى معلق التربة عند زمن معين قراءة الھيدروميتر فى المحلول المفرق فى الماء عند نفس الزمن R L R T تصحيح درجة حرارة المعلق

6 أنن الھيدروميتر نتيجة تأثير درجة الحرارة على سرعة رس وب الحبيب ات لقراءة تصحيح عمل ويتم درج ة مئوي ة او ط رح ١٩ ٤ وح دة لك ل درج ة ح رارة للمعل ق اكب ر م ن ٠ ٤ يتم اض افة حيث حي ث درج ة فھرنھي ت). درج ة مئوي ة (٦٧ ١٩ ٤ وحدة لكل درجة حرارة للمعلق اقل من ٠ ٤ حي ثيث ويمكن استخدام القاعدة التالية: درجة الحرارة المدرج عندھا الھيدروميتر. ١٩ ٤ ھيي RT = 0.4 ( T 19.4) T درجة حرارة المعلق المقاسة عند الزمن المقابل لقراءة الھيدروميتر ثم يمكن ايجاد النسبة المئوية لحجم معين من الحبيبات من العالقة: ومن حي ثيث C P = 100 C 0 C 0 الجافة تماما التى تم اجراء التقدير عليھا. كتلة حبيبات التربة أما حجم او نصف قطر حبيبات التربة فيمكن ايجاده من قانون ستوكس كاألتى: L t r = = 2 9 g 2 r ρs ( ρl ) η 9 η L 2 g ( ρ ρ ) t s l حي ثيث L (وھ ى قيم ة متوس طة تس اوى المس افة الت ى يق يس عن دھا الھي دروميتر حي ث ان ١٠ س م t المغمور من الھيدروميتر يتغير مع اختالف تركيز معلق التربة) الجزء الزمن الالزم لرسوب حجم معين من حبيبات التربة (ثانية) لس قوط حبيب ات اذا طبقنا ھ ذه األفتراض ات ف ان ق راءة الھي دروميت تؤخ ذ عن د األزمن ة االمقابل ة : فى المعلق وسقوط حبيبات السلت فى المعلق وھى الرمل ثاني ة حي ث تك ون حبيب ات الرم ل ذات القط ر المس اوى ٥٠ ٤٤ األول ى تؤخ ذ عن د الق راءة مم))م ميكرون( ٠ ٠٥ ٢ الثانية تؤخذ عند القراءة مم))م ٠ ٠٠٢) سم))م او اكبر قد تم رسوبھا اسفل العمق المفترض (١٠ ميك رون ٢ حبيب ات الس لت ذات القط ر المس اوى س اعة حي ث تك ون حب م ع العل م ب ان فت رة ال ٢ س سم م ( تك ون ق د ت م رس وبھا اس فل العم ق المفت رض (١٠

7 ھيى قيمة تقريبية تناسب التق دير الروتين ي للتحلي ل الميك انيكي ف ى معام ل الترب ة لت دريب ساعة وھى فترة كافية لرسوب احجام السلت فى معلق التربة..ة الطالب المطلوبة: األدوات لت ر مخب ار ترس يب س عة ١ م ل ١٠٠ مخب ار م درج م ل ل ٦٠٠ ك أس زج اجي س عة ساعة خالط تربة ميزان حساس مقلب يدوى معملى ترمومتر المحاليل: -١ م ل م ن المحل ول المرك ز ٢٠٠ يحضر بتخفي ف ) محلول فوق أكسيد الھيدروجين ٦% %٣٠-٢ -٣ فيي لتر ماء مقطر ( مل من الحامض المركز ف ى ٨٠ يحضر بتخفيف حامض الھيدروكلوريك ١ عع ) محلول ( ماء مقطر لتر ج رام ھكس ا ميت ا فوس فات ٥٠ يحض ر باذاب ة ك الجون) محل ول مف رق (محل ول فى لتر ماء مقطر) الصوديوم خطوات العمل: -١-٢ -٣-٤ زنن زنن ج رام م ن الترب ة المنخول ة والمجھ زة للتق دير وق در بھ ا المحت وى الرط وبي ٤٠ ساعة ).(θm ٢٤ مئوية لمدة ١٠٥ فى الفرن على درجة بالتجفيف مل به حوالي ٦٠٠ جرام أخرى من عينة التربة وانقلھا الى كاس زجاجى سعة ٤٠ م ل م ن محل ول ف وق م ل م اء مقط ر ث م اض ف بالمخب ار الم درج ب احتراس ٢٥ ١٠٠ العضوية للتخلص من المادة (%٦) الھيدروجين اكسيد ١٥ مئوي ة لم دة ينقل الكأس الى حم ام م ائي اة س خان مس طح عل ى دلرج ة ح رارة ٨٠ يظھر فوران بالعينة نتيجة اكسدة المادة العضوية وخروج غاز ث انى ) مع التقليب دقيقة الكربون) اكسيد م ل م ن حم ض الھي دروكلوريك ١ عع ٢٥ يترك الكاس على البنش حتى يبرد ثم يض اف مئوي ة لل تخلص ٨٠ والتسخين على حمام مائي او سخان مسطح على درجة التقليب مع كربونات الكالسيوم وتكرر العملية مرة اخرى للتاكد من تمام التخلص من كربونات من الكالس يوم ويع رف ذل ك بع دم ح دوث ف وران للعين ة او خ روج فق اقيع غ از ث انى اكس يد الكربون

8 ف ى الك اس بالم اء المقط ر ع دة م رات م ع يترك الكاس حتى يبرد ث م ي تم غس يل الترب ة ويزال الرائق باحتراس وتكرر ھذه العملية وتترك العينة حتى تترسب الحبيبات التقليب يع رف ذل ك بع دم ظھ ور منطق ة رائق ة اعل ى ) تم ام ال تخلص م ن االم الح الذائب ة حتى وانما يكون المعلق منتشر فى الكاس كله الكاس محلول نترات الفضة) باستخدام الكلوري د او ظھور نتيج ة س لبية الي ون بمقلب زجاجي ماء مقطر الى الكاس مع تقليب معلق التربة جيدا ٢٠٠ ملل يضاف ال ى وع اء جميع محتويات الك اس باس تخدام تي ار م ن الم اء المقط ر) تنقل العينة كميا ) ك الجون) (محل ول م ن المحل ول المف رق ١٠ م ل الترب ة ويض اف ال ى المعل ق خ الط دقائق ٥ وعاء الخالط فى مكانه فى خالط التربة ويتم التشغيل مدة ويركب -٥-٦ -٧ شكل (٢): خالط التربة -٨-٩ لتر ويكمل بالم اء المقط ر حت ى ينقل معلق التربة نقال كميا الى مخبار الترسيب سعة ١ العالمة م ل م ن المحل ول المف رق ويكم ل بالم اء يجھ ز مخب ار ترس يب اخ ر يحت وى عل ى ١٠ العالمة حتى المقطر عند االزمنة المطلوبة درجة حرارة معلق التربة باستخدام ترمومتر معملى ١٠ -تقاس معلق التربة فى مخبار الترسيب باستخدام مقلب يدوى من اعلى الى اس فل ح والى ١١ -يقلب بداية الترسيب) ثانية ثم يخرج المقلب وبعدھا يسجل زمن الصفر (زمن ٣٠ الق راءة وتسجل الق راءة ) التربة عند االزمنة المحسوبة ١٢ -تؤخذ قراءة الھيدروميتر لمعلق ميك رون ويرم ز لھ ا ٥٠ ثانية لتم ام ترس يب اص غر حبيب ة رم ل بقط ر ٤٤ بعد اآلولى

9 ميك رون س لت بقط ر ٢ حبيب ة القراءة الثانية بعد ساعتين لتم ام ترس يب اص غر R1 ميع اد اخ ذ م ع مراع اة ان ي تم وض ع الھي دروميتر ف ى المعل ق قب ل ( R2 لھ ا ويرم ز ثانية ١٥ بحوالي القراءة شكل (٣) كيفية أخذ قراءة الھيدروميتر فق ط) المقط ر المحلول المف رق م ع الم اء قراءة الھيدروميتر فى مخبار المقارنة ) ١٣ -تؤخذ. R L لھا ويرمز تدون القراءات فى جدول لحساب التوزيع الحجمى لحبيبات التربة -١٤ الحسابات: = ( التربة الجافة تماما ) 0 M كتلة ١٠٠ كتلة التربة الرطبة * θ m + ١٠٠ ثانية = ٤٤ اآلولى للھيدروميتر( R) 1 بعد القراءة جرام/لتر = (T حرارة معلق التربة المقابلة( 1 درجة = (R L ) الھيدروميتر فى المحلول المفرق قراءة درجة مئوية /لتر جرام /لتر جرام =( ١٩ ٤ - T 1 ) * ٠ ٤ = (R T1 ) درجة الحرارة تصحيح

10 ق راءة الھي دروميتر األول ى ) 1 R) = ( R C1 االولى بعد التصص حي حيح ) القراءة ق راءة المحل ول ± تصحيح درجة الحرارة ) T1 R) R C1 = R1 -R L ±R T1 g/l (R L ) المفرق : ان أى بعد ساعتين = القراءة الثانية للھيدروميتر( R) 2 = (T حرارة معلق التربة المقابلة( 2 درجة = (R L ) الھيدروميتر فى المحلول المفرق قراءة /لتر جرام درجة مئوية /لتر جرام /لتر جرام =( ١٩ ٤ - T 2 ) * ٠ ٤ = (R T2 ) درجة الحرارة تصحيح ق راءة الھي دروميتر الثاني ة ) 2 R) = ( R C2 ) الثاني ة بع د التص حيح الق راءة ق راءة المحل ول تصحيح درجة الحرارة ) T2 R) ± (R L ) المفرق R C2 = R 2 -R L ±R T2 g/l : ان أى القراءة األولى بعد التصحيح ١٠٠ X النسبة المئوية لحبيبات السلت + الطين = = (أ) كتلة حبيبات التربة الجافة تماما أي أن: P ( silt + clay ) = R 100 M C 1 0 القراءة الثانية بعد التصحيح * ١٠٠ النسبة المئوية لحبيبات الطين = = (ب) كتلة حبيبات التربة الجافة تماما اى أن: P clay R = 100 M C 2 0

11 ب( فيزياء األراضي ( النسبة المئوية لحبيبات السلت = (أ) - P = P P silt ( silt + clay ) ( clay ) أى أن: النسبة المئوية لحبيبات الرمل = ١٠٠ النسبة المئوية لحبيبات السلت +الطين P = 100 P + sand ( silt clay ) أى أن: اصبح لدينا اآلن النسب المئوية لمجاميع الحبيبات األولية للتربة وھى الرمل و السلت و الطين ويمكن األن معرفة قوام التربة باستخدام مثلث القوام شكل (٥ ): تحديد قوام التربة بواسطة مثلث القوام

12 كيفية إيجاد قوام التربة: استنتج قوام التربة حيث نسب مكوناتھا كاألتي: ٤٩ ٤% رمل ٣٥ ٧% سلت ١٤ ٩% طين الحل لسھولة التقدير حرك مثلث القوام حتى يكون رأس المثلث يمثل ١٠٠% من المكون المراد توقيعه ويرسم خط مستقيم يمر بالنسبة المئوية المطلوبة ويوازى القاعدة. إذا أردنا توقيع نسبة الرمل نحرك المثلث حتى يكون الرأس يمثل ١٠٠% رمل ونرسم خطا موازى القاعدة يمر بنسبة الرمل المطلوبة (٤٩ ٤%) مرة أخرى نحرك المثلث بحيث يكون الرأس يمثل نسبة السلت ١٠٠% ونرسم خطا عند نسبة السلت (٣٥ ٧%) موازى للقاعدة. يالحظ أن الخطين يلتقيان في نقطة. ھذه النقطة تحدد قوام التربة في المثال الحالي تقع النقطة في منطقة اللوم فيكون القوام Loam نالحظ أيضا انه عند توقيع النقطة الثالثة التي تمثل الطين فالبد أن تقاطع الخطين السابقين عند نفس النقطة.ويمكن التأكد من ذلك إذا رسمنا خطا يمثل نسبة الطين (١٤ ٩%) فسنجد فعال انه يتقاطع مع الخطين السابقين عند نفس النقطة كما ھو موضح على مثلث القوام السابق (شكل ). لذا فان قوام التربة المذكورة ھو Loam